Towards model-driven vertical integration : Using IEC 62264 and REA to facilitate real-time data exchange between manufacturing and enterprise systems

Abstract

Computer-integrated Manufacturing beschäftigt sich mit der Digitalisierung, Automatisierung und Verbindung von Fertigungsprozessen. Spätestens die vierte industrielle Revolution, die das Internet der Dinge in die Fertigung eingeführt hat, hat dazu geführt, dass die an einem Fertigungsprozess beteiligten Systeme immer häufiger und aufwendiger miteinander verbunden werden. Bei dieser Integration werden häufig proprietäre und spezifische Lösungen verwendet.Daher kann diese nicht einfach angepasst werden, wenn neue Systeme eingeführt oder bestehende Systeme angepasst werden. Eine effektive Integration ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil von Computer-integrated Manufacturing.Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist die Standardisierung der Integration von Systemen,indem man sich auf den Fertigungsprozess anstatt auf die Systeme per se konzentriert.Die Integration sollte unabhängig von den zugrunde liegenden Systemen sein. In dieser Arbeitschlagen wir zwei verschiedene Ansätze vor, um Systeme miteinander zu verbinden, indem wir auf bestehende Standards und Model-driven Engineering zurückgreifen. Insbesondere nutzen wir die Standards IEC 62264 und ISO/IEC 15944-4:2015, um eine Implementierung einer standardisierten modellgetriebenen Integration von Systemen, die auf unterschiedlichen Ebenen eines Fertigungsprozesses arbeiten, zu ermöglichen. Um die beiden Ansätzezu evaluieren, implementieren wir einen beispielhaften Fertigungsprozess und vergleichendie Ansätze miteinander.Wir zeigen, dass eine standardisierte vertikale Integration durch die Abstraktion von Systemen und die Fokussierung auf den Prozess selbst erreicht werden kann,wodurch die Integration unabhängig von den zugrunde liegenden Systemen wird.

Computer-integrated manufacturing is about digitizing, automating and connecting manufacturing processes. At the latest, the fourth industrial revolution, introducing the Internet of Things into manufacturing, led to the increasingly widespread adoption of connecting systems involved in manufacturing processes with each other. This integration is often making use of proprietary and customized solutions. Thus, it cannot be easily adapted when new systems are introduced or existing systems are updated. However, effective integration is an essential component of computer-integrated manufacturing. A way to solve this issue is to standardize the integration of systems by focusing on the manufacturing process instead of the systems. The integration should independent of the underlying systems. In this thesis, we propose two different approaches of connecting systems with each other by making use of existing standards and model-driven engineering. In particular, we make use of the IEC 62264 and ISO/IEC 15944-4:2015 standards in order to provide an implementation of a standardized model-driven integration of systems operating on different levels of a manufacturing process. In order to evaluate the two approaches, we implement an example manufacturing process and compare the approaches with each other. We show that a standardized vertical integration can be achieved by abstracting systems and focusing on the process itself, making the integration independent of the underlying systems.